摄影的工作原理：相机、镜头等解释

对您拥有的数码单反相机以及随之而来的所有摄影术语感到困惑？ 看看一些摄影基础知识，了解相机的工作原理，以及它如何帮助您拍出更好的照片。

摄影与光学科学息息相关——当光被光敏材料（如摄影胶片或现代数码相机中的光传感器）折射、弯曲和捕捉时，光如何反应。 了解相机（几乎所有相机）工作原理的这些基础知识，这样您就可以改进您的摄影，无论您是使用单反相机还是手机相机来完成工作。

什么是相机？

大约在公元前 400 年到公元前 300 年，科学更先进的文化（如中国和希腊）的古代哲学家是第一批尝试使用暗箱设计来创建图像的民族。 这个想法很简单——建立一个足够暗的房间，只有一点点光线通过平面对面的针孔进入。 光以直线传播（本实验用于证明这一点），穿过针孔，并在另一侧的平面上创建图像。 结果是从针孔的另一侧射入的物体的颠倒版本——一个令人难以置信的奇迹，对于生活在“中世纪”之前一千年以上的人们来说，这是一个惊人的科学发现。

要了解现代相机，我们可以从暗箱开始，往前跨越几千年，开始谈论第一批针孔相机。 它们使用同样简单的“针刺”光概念，并在光敏材料平面上创建图像 - 一种在受到光照射时会发生化学反应的乳化表面。 因此，任何相机的基本思想都是收集光线，并将其记录在某种感光物体上——胶片，在旧相机的情况下，光传感器，在数码相机的情况下。

有什么东西比光速还快吗？

上面提出的问题有点诡计。 我们从物理学中知道，真空中的光速是一个常数，是一个不可能通过的速度极限。 然而，与其他粒子（如以如此快的速度传播的中微子）相比，光有一个有趣的特性——它不会以相同的速度穿过每种材料。 它会减慢、弯曲或折射，随着它的变化而改变特性。 与从中微子逸出的中微子相比，从密集太阳中心逸出的“光速”慢得令人痛苦。 光可能需要数千年才能逃离恒星的核心，而恒星产生的中微子几乎没有反应，并以 186,282 英里/秒的速度穿过最致密的物质，就好像它几乎不存在一样。 “这一切都很好，”你可能会问，“但这和我的相机有什么关系？”

正是这种与物质发生反应的光的相同特性，使我们能够使用现代摄影镜头弯曲、折射和聚焦它。 多年来，相同的基本设计没有改变，并且从创建第一批镜头时开始的相同基本原则现在也适用。

焦距和聚焦

尽管这些年来它们变得更加先进，但镜头基本上是简单的物体 - 玻璃片可以折射光线并将其引导到朝向相机背面的图像平面。 根据镜头中玻璃的形状，交叉光需要在图像平面上正确会聚的距离会有所不同。 现代镜头以毫米为单位，指的是镜头与图像平面上会聚​​点之间的距离。

焦距也会影响相机拍摄的图像类型。 非常短的焦距可以让摄影师捕捉到更广阔的视野，而非常长的焦距（比如长焦镜头）会将您要成像的区域缩小到一个更小的窗口。

标准 SLR 图像有三种基本类型的镜头。 它们是普通镜头、广角镜头和远摄镜头。 除了这里已经讨论过的内容之外，其中的每一个都有一些其他的注意事项。

• 广角镜头具有 60 度以上的巨大视角，通常用于对焦更靠近摄影师的物体。 广角镜头中的物体可能会出现失真，并且会歪曲远处物体之间的距离，并在较近的距离处歪斜透视。
• 普通镜头是最能代表类似于人眼捕捉的“自然”成像的镜头。 视角比广角镜头更小，物体、物体之间的距离和透视都不会失真。
• 长焦镜头是您看到摄影爱好者随身携带的巨大镜头，用于放大远距离物体。 它们具有最窄的视角，通常用于创建景深镜头和背景图像模糊的镜头，从而使前景物体保持清晰。

根据用于摄影的格式，普通、广角和长焦镜头的焦距会发生变化。 大多数普通数码相机使用类似于 35mm 胶片相机的格式，因此现代数码单反相机的焦距与过去的胶片相机非常相似（今天，对于胶片摄影爱好者而言）。

光圈和快门速度

因为我们知道光有一定的速度，所以当你拍照时，光的数量是有限的，只有一小部分能通过镜头到达里面的感光材料。 光量由摄影师可以调整的两个主要工具控制——光圈和快门速度。

相机的光圈类似于你眼睛的瞳孔。 它或多或少是一个简单的孔，可以打开或紧密关闭，以允许或多或少的光通过镜头到达光接收器。 明亮、光线充足的场景需要最少的光线，因此可以将光圈设置为更大的数值以减少光线通过。 较暗的场景需要更多的光线来照射相机中的光电传感器，因此较小的数字设置将允许更多的光线通过。 每个设置（通常称为 f 值、f-stop 或光圈）通常允许的光量是之前设置的一半。 景深也随着 f 值设置而变化，照片中使用的光圈越小。

除了光圈设置外，还可以调整快门保持打开状态（也称为快门速度）以允许光线照射感光材料的时间量。 更长的曝光时间可以让更多的光线进入，这在光线昏暗的情况下特别有用，但是长时间保持快门打开会对您的摄影产生巨大的影响。 小到手部无意识颤抖的动作会在较慢的快门速度下显着模糊您的图像，因此需要使用三脚架或坚固的平面来放置相机。

串联使用时，低速快门可以补偿较小的光圈设置，以及较大的光圈开口补偿非常快的快门速度。 每种组合都会产生非常不同的结果——与允许大量光线通过较大的开口相比，随着时间的推移允许大量光线进入会产生非常不同的图像。 由此产生的快门速度和光圈的组合会产生“曝光”，即照射到感光材料（无论是传感器还是胶片）上的总光量。

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图片来源：为摄影师拍照，由naixn提供，可在Creative Commons下获得。 暗箱，在公共领域。 Trassiorf的针孔相机（英语） ，在公共领域。 NASA的太阳型恒星图，假定为公共领域和合理使用。 Tamasflex 的 Galileo望远镜，可在Creative Commons下获得。 Henrik的 Focal Length ，在GNU 许可下可用。 Morven的 Konica FT-1 ，可在Creative Commons下获得。 Cbuckley和Dicklyon的 Apeture 图，可在Creative Commons下获得。 Baccharus 的 Ghost Bumpercar ，可在Creative Commons下获得。 由Nevit Dilmen创作的 Windflower ，可在Creative Commons下获得。